KR100815245B1 - A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and supporting robot arm having grippers - Google Patents

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KR100815245B1
KR100815245B1 KR1020060094678A KR20060094678A KR100815245B1 KR 100815245 B1 KR100815245 B1 KR 100815245B1 KR 1020060094678 A KR1020060094678 A KR 1020060094678A KR 20060094678 A KR20060094678 A KR 20060094678A KR 100815245 B1 KR100815245 B1 KR 100815245B1
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KR
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bed
intelligent robot
user
type intelligent
robot
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KR1020060094678A
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서갑호
오창목
이주장
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한국과학기술원
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Abstract

An intelligent bed robot is provided to achieve improved user convenience by adding grippers to a robot equipped with a sensor-attached mattress and an intelligent robot arm. An intelligent bed robot(200) includes a mattress(204), an intelligent robot arm, and a rail(208). The mattress is attached with a pressure sensor for monitoring the position, posture and motion of a user(201) on a bed in real time. The robot arm includes vertical bars(202(a),202(b)) arranged on both sides of the bed, a horizontal bar(206) for interconnecting the vertical bars, and a torque sensor arranged at the lower end of the vertical bar so as to sense horizontal and vertical forces applied by the user. The rail guides movement of the robot arm. The robot includes at least one gripper(210(a),210(b)) with fingers. The gripper is joined to the horizontal bar such that the gripper is movable along the horizontal bar and rotatable about the horizontal bar as an axis.

Description

압력 센서 부착 매트리스와 그립퍼를 갖는 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능로봇{A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and supporting robot arm having grippers} Pressure sensor with a mattress support having gripper robot arm is a robot equipped with a bed-type intelligence {A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and supporting robot arm having grippers}

도 1은 종래의 침대형 지능로봇의 사시도이다. 1 is a perspective view of the conventional bed-type intelligent robot.

도 2는 본 발명에 의한 침대형 지능로봇의 바람직한 일 실시 예를 나타낸 것이다. Figure 2 shows a preferred embodiment of the bed-type intelligent robot according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 침대형 지능로봇에 장착된 그립퍼의 사시도 및 그립퍼가 수평바에 결합되는 관계를 나타낸 것이다. 3 is a perspective view of a gripper and a gripper mounted on the bed type intelligent robot according to the present invention showing the relationship between the horizontal bar is coupled.

도 4는 본 발명에 의한 침대형 지능로봇의 로봇팔에 그립퍼가 부착된 일 예를 나타낸 것이다. Figure 4 shows an example with a gripper attached to the robot arm of the bed-type intelligent robot according to the present invention.

도 5는 4에 있어서 수평바에 그립퍼가 부착된 부분 및 수평바에 형성된 홈의 확대도이다. 5 is an enlarged horizontal groove of the gripper is attached to the formed part and the horizontal bar, the bar in the fourth.

도 6은 수직바에 부착된 토크 센서를 나타낸 것이다. Figure 6 shows a torque sensor attached to the vertical bar.

도 7은 수평바 및 수직바의 서로 다른 위치를 나타낸 것이다. Figure 7 shows the different positions of the horizontal bar and the vertical bar.

도 8은 본 발명에 의한 침대형 지능로봇의 제어 시스템을 나타낸 것이다. Figure 8 shows a control system of a bed-type intelligent robot according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Description of the Related Art>

200: 압력 센서 부착 매트리스와 그립퍼를 갖는 지지형 로봇팔이 장착된 침 대형 지능로봇, 202: 수직바, 204: 매트리스, 206: 수평바, 208; 200: needle large intelligent robot with a robot support arm having a pressure sensor attached to the mattress and the gripper is mounted, 202: Vertical bar, 204: mattresses, 206: Horizontal bars, 208; 이동레일, 210; Moving rail 210; 그립퍼, 212: 제 2 핑거, 214: 제 1 핑거, 217: 제 1 기어 구조체, 219: 제 2 기어 구조체 220: 제 3 기어 구조체 Gripper, 212: second finger, 214: first finger, 217: first gear structure, 219: second gear structure 220: the third gear structure

본 발명은 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물체를 집을 수 있는 작업수행이 가능하도록 그립퍼를 구비한 침대형 지능로봇에 관한 것이다. The present invention relates to a pressure sensor attached to the mattress-supporting relates to a robot arm equipped with a bed-type robot, and more particularly, one object bed type intelligent robot provided with a gripper to enable the performing operations that can house.

현대인의 평균 수명 연장과 의학 기술의 발달로 노인 인구는 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따라 이들의 활동을 보조하기 위한 시스템의 개발이 필요한 현실이다. The average life of a modern extension and the elderly to the development of medical technology is steadily increasing around the world, and thus is a reality requires the development of a system to assist their activities.

종래의 노약자 및 거동이 불편한 사람들을 대상으로 하는 전동 침대는 상체 및 다리부분의 높낮이 각도를 자유롭게 조절할 수 있는 기능이 있다. Electric bed that target the elderly and people prior uncomfortable behavior has the ability to freely adjust the height and angle of the upper leg. 하지만 실제적으로 상기 전동 침대는 가장 기본적인 기능만을 제공하고 있다. But practically the electric bed provides only the most basic functions.

본 출원인은 2004년 10월 15일자로 출원한 등록번호 10-0605750으로 특허등록받은 바 있는 '압력 센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능로봇'을 제안하였다. The applicant has proposed a patented bar, which registered Registration number 10-0605750, filed on October 15, 2004, a pressure sensor attached to the mattress support and the robot arm is equipped with a bed-shaped robot intelligence. 이에 의해 사용자에게 보다 친숙하고 편리한 다양한 종류의 서비스를 제공할 수 있는 침대 로봇을 제공하고자 하였다. Thus it was to provide a bed robot to which the user can provide a familiar and convenient variety of services more.

도 1은 특허등록된 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대 형 지능 로봇을 나타낸 것이다. Figure 1 shows the patented pressure sensor attached to the mattress support and the robot arm is equipped with a bed-type intelligent robot.

도 1을 참조하면 상기 로봇(100)은 압력센서 부착 매트리스(104), 지지형 로봇팔(102), 선반 및 이동레일(108)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다. Referring to Figure 1, the robot 100 is composed of a configuration including the pressure sensor attached to the mattress 104, the support robot arm 102, a shelf, and movable rail 108. 압력센서 부착 매트리스(104)는 침대 위에 있는 사람의 위치, 자세, 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 침대 위에 있는 사람을 보조하며, 지지형 로봇팔(102)은 2개의 좌우모터와 2개의 토크센서로 구성이 되고, 매트리스를 모니터링함으로써 얻어진 정보를 기초로 침대 위에 있는 사람을 지지하는 역할을 한다. Pressure sensor mattress 104 position, attitude, and by a motion monitor in real time, and assist the person on the bed, the support robot arm (102) of the person on the bed in two left and right motors and two torque sensors and this configuration, serves to support the person on the bed based on the information obtained by monitoring a mattress. 선반은 지지형 로봇팔에 부착되어 사용되며, 사용하지 않는 경우에는 침대형 지능 로봇 아래쪽 공간으로 이동하여 감추어진다. If shelves are used that do not use the support is attached to the robot arm, there are hidden by going to bed-type intelligent robot lower space. 또한 이동레일(108)은 침대 위에 있는 사람들에게 서비스를 제공하기 위하여 로봇팔의 이동 경로를 유도하는 역할을 한다. It also acts to induce the movement path of the robot arm to move the rail (108) to provide services to people who are on the bed.

상기 특허발명에 의한 침대형 지능 로봇에 의하면 상체 지지하기, 식사 선반 운반하기 등의 서비스 제공이 가능하다. According to the upper body supporting bed-type intelligent robot according to the patent invention, the meal can be service provider, such as to carry shelves. 그리나 기존의 이러한 서비스에 더하여 이불 개기 등을 위한 집기 작업을 수행할 수 있는 침대형 지능로봇의 제공을 필요로 하였다. But, install isolated in addition to the existing services we need to provide these types of beds intelligent robots that can perform the task editor for the total solar blankets and so on.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 지지형 로봇팔에 집기작업 수행이 가능하도록 그립퍼를 추가적으로 부착시킴으로써, 사용자에게 더욱 친밀하고 편리한 서비스를 제공하는 침대형 지능로봇을 제공하는 데 있다. An object of the present invention for solving the problems of the prior art are, by additionally mounting the gripper is pinch do this the support robot arm to be, to provide a bed type intelligent robot to provide a more intimate and convenience to the user there used.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 침대형 지능로 봇은, 침대 위에 있는 사용자의 위치, 자세 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 사용자를 보조하는 압력 센서가 부착된 매트리스, 침대 양측에 설치되는 소정 길이의 수직바와 상기 수직바를 연결하는 수평바 및 상기 수직바의 하단부에 설치되어 사용자가 가하는 수평과 수직의 힘을 측정하기 위한 토크 센서를 포함하는 상기 매트리스의 모니터링으로부터 획득한 정보를 기초로 사용자를 보조하기 위한 지능형 로봇팔과, 상기 지능형 로봇팔의 이동경로를 유도하기 위한 이동레일을 포함하는 침대형 지능로봇으로, 상기 지능형 로봇팔의 상기 수평바를 따라 수평이동 및 상기 수평바를 축으로 회전할 수 있도록 상기 수평바에 결합되고 물체를 집을 수 있는 핑거부가 형성 A bed-type intelligence of the present invention for achieving the above described object of the present invention Bots, on the user's location, the monitoring of posture and movements in real time by the pressure sensor to assist the user mounting the mattress, bed on both sides in the upper bed based on the obtained from the monitoring of the mattress, which is installed on the lower end of the horizontal bar and the vertical bar connecting the vertical bars the vertical bar of which is installed a predetermined length includes a torque sensor for the user to measure the horizontal and vertical force applying information in the intelligent robot arm and the intelligent robot bed type intelligent robot including a movable rail for guiding a movement path of the arm, the horizontal along the bar horizontal movement and the horizontal bar, the axis of the intelligent robot arm to assist a user the finger portion is formed in the coupled so as to rotate said horizontal bar body can house 적어도 하나의 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it includes at least one gripper.

상기 침대형 지능 로봇은 멀티플렉서를 이용하여 상기 압력센서를 순차적으로 스캔함으로써, 선택된 압력 센서의 압력값을 읽고, 압력 값 데이터를 압력 측정 분포 이미지로 메인 컴퓨터에 전달하는 콘트롤 박스를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. The bed-type intelligent robot is characterized in that by using a multiplexer scanning the pressure sensor sequentially reads the pressure value of the selected pressure sensor, further comprising: a control box to pass to the main computer the pressure value data to the pressure measurement distribution image It can be made.

상기 로봇팔은 사용자가 상기 로봇을 이용한 지지수단을 확보하기 위해 사용자의 명령에 의해 상기 로봇팔을 제어할 수 있는 팔로우 모드; The robotic arm follow mode, the user can control the robot arm by a user's command in order to secure the support member with the robot; 및 상기 확보된 지지수단에 의해 사용자의 신체가 고정 지지 되는 서포터 모드의 작동 모드를 구비하여 작동하는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may be characterized in that it works by having a mode of operation of the supporter mode in which the user's body is supported and fixed by the support means as the gain.

상기 팔로우 모드는 퍼지 네트워크를 적용하여 작업 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. The follow mode may be characterized in that by applying a fuzzy network perform work.

상기 수평바는, 상기 수직바의 상호 위치에 따라 길이가 가변되도록 중앙에 분리부를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. The horizontal bars, such that the length is variable according to the mutual position of the vertical bar can be characterized by having a separation unit in the center.

상기 압력센서가 부착된 매트릭스는, 패턴 분류를 위한 사람의 인식대상 패턴을 결정하고, 압력센서 데이터를 결정하는 제 1단계; A first step on which the pressure sensor attached to the matrix, determining the recognition target pattern of a person for Pattern Classification and determines the pressure sensor data; 상기 압력센서 데이터의 공분산을 계산하여 특징점을 추출하는 제 2 단계; A second step of extracting a feature point to calculate the covariance of the pressure sensor data; 각 패턴 테이터 간의 정보분류를 최대화할 수 있는 상기 특징점의 개수를 결정하는 제 3 단계; A third step of determining the number of the feature points to maximize the information classified among the pattern mutator; 및 새로 들어오는 압력 센서 데이터를 미리 결정한 상기 특징점과 비교를 함으로써 패턴인식을 실행하는 제 4 단계를 구비하는 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 사용하여 침대 위의 사람을 모니터링하는 것을 특징으로 할 수 있다. And may by a new incoming compare the feature points in advance determining the pressure sensor data using the PCA (Principal Component Analysis) algorithm comprising a fourth step of executing the pattern recognition to be characterized in that for monitoring the person of the bed.

상기 로봇팔은, 사용자의 명령에 의해 작업을 수행하는 명령모드 또는 미리 설정된 작업 명령에 따라 작업을 수행하도록 하는 자동모드를 통해 작업을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. The robotic arm may be characterized in that the through mode, which according to the command mode or the preset operation command to perform an operation by a user's command to perform an operation to perform the operation.

상기 명령모드에서 사용자의 음성명령에 의해 작업을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. To perform the operation by the user's voice command in the command mode may be characterized.

상기 수평바는 길이 방향을 따라 내설된 볼스크류를 포함하고, 상기 그립퍼는, 상기 볼스크류와 연동하여 상기 그립퍼의 직선 운동을 안내하기 위해 나사선이 형성된 제 1 기어구조체; The horizontal bar includes a ball screw naeseol in the longitudinal direction, wherein the gripper comprises: a first gear thread structure is formed to guide the linear movement of the gripper in cooperation with the ball screw; 상기 그립퍼가 상기 수평바를 축으로 회전할 수 있도록 상기 제 1 기어구조체와 연동하는 웜기어로 형성된 제 2 기어구조체; Second gear structure formed of a worm wheel and cooperating with said first gear structure so that the gripper can be rotated above the horizontal bar to the shaft; 및 상기 핑거부가 물체를 잡는 작업을 수행할 수 있도록 형성된 제 3 기어구조체;를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a third gear structure formed to perform the operation to catch the fingers additional object; may be characterized in that it comprises a.

상기 볼스크류와 상기 제 1 기어 구조체는 수평바의 길이 방향으로 형성된 홈을 따라 연동하는 것을 특징으로 할 수 있다. The ball screw, and said first gear structure may be characterized in that the interlock along the groove formed in the longitudinal direction of the horizontal bar.

상기 핑거부는 사람 손의 형상을 갖고, 고정된 제 1 핑거와 유동가능한 제 2 핑거를 구비하여 상기 제 1 핑거와 제 2 핑거의 겹침에 의해 물체를 잡는 작업을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. Has the finger portion shape of the human hand, can be provided with a fixed first finger and a flowable second finger to be characterized by performing the operation to take an object by the overlap of the first finger and the second finger.

상기 제 1 핑거 및 상기 제 2 핑거의 겹침 시, 상기 제 1 핑거가 상기 제 2 핑거를 수용할 수 있도록 상기 제 1 핑거에 수용부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. The first can be characterized in that the first finger and the formed accommodating to the first finger so that during stacking, the first finger of the second finger is able to accommodate the second finger portion.

상기 제 1 핑거와 상기 제 2 핑거가 물체에 접촉하는 부분은 고무 재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. Wherein the portion of the second finger is in contact with the object and the first finger can be characterized in that is formed of a rubber material.

상기 침대형 지능로봇은 CAN(controller area network) 장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다. The bed-type intelligent robot can be characterized in that is controlled by a CAN (controller area network) device.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. With reference to the accompanying drawings, the constituent elements of the present invention will be described in detail. 각 도면에 도시된 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 구성 요소를 의미한다. The same reference numerals shown in each drawing refers to the components that perform the same function.

도 2는 본 명에 의한 침대형 지능로봇의 바람직한 일 실시 예를 나타낸 것으로, 그립퍼를 장착한 지능형 침대 로봇을 나타낸 것이다. Figure 2 shows an exemplary embodiment of the bed-type intelligent robot according to this command, illustrating mounting a bed intelligent robot the gripper.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 지능형 침대로봇(200)은 메트리스(204), 지능형 로봇팔(202, 206, 210) 및 이동 레일(208)을 포함하여 구성된다. 2, the intelligent bed robot 200 according to the present invention is configured to include a mattress (204), intelligent robotic arm (202, 206, 210) and the moving rail 208. The 이 경우 메트리스(204)는 침대 위에 있는 사용자(201)의 위치, 자세 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 침대 위에 있는 사용자를 보조하도록 압력 센서가 부착된다. In this case, the mattress 204 includes a pressure sensor is attached to monitor the position, posture, and motion of the user 201 in the upper bed in real time to assist the user on the bed. 메트 리스(204)는 사용자(201)가 침대에 누워 있다 일어날 때 사용자(201)의 의도를 파악하며 지능형 침대 로봇의 3단 절곡을 사용하여 이를 보조할 필요가 있다. Meth-less 204 a user 201 is required to take place is lying on the bed identify the intention of the user 201 and using the three-stage bending of the intelligent robot bed to assist in this.

사용자(201)가 액티브 가이드 시스템(active guide system)을 이용하는 경우에는 사용자(201)의 위치를 파악할 필요가 있다. If the user 201 is using an active guidance system (active system guide), it is necessary to identify the location of the user 201. The 이를 위해 침대의 매트리스 부분에 14×24개의 압력 센서를 매트리스 전면에 부착한다. To this is attached the 14 × 24 of a pressure sensor in front of the mattress of a bed mattress part. 압력 센서의 경우에 빠른 반응속도와 높은 해상도를 가진다는 측면에서 기타 온도센서 등에 비해 큰 장점을 가진다. It has a fast response speed and high resolution in the case of the pressure sensor has a significant advantage over other temperature sensors or the like from the side. 이 경우 본 발명에 의한 침대형 지능 로봇은 콘트를 박스를 더 구비함으로써, 콘트롤 박스가 멀티플렉서를 이용하여 매트리스에 부착된 압력센서를 순차적으로 스캔하고 선택된 압력센서의 값을 읽고, 압력 값 데이터를 압력 측정 분포 이미지로 메인 컴퓨터에 전달하도록 하는 것이 바람직하다. In this case, by a bed type intelligent robot according to the present invention further comprises a a contrail box, the control box is read and the value of the scan to a pressure sensor attached to the mattress using a multiplexer in sequence, and the selected pressure sensor, the pressure to the pressure value data to be transmitted to the main computer to the distribution image measurement are preferred.

또한, 침대의 구조가 3단 절곡이 가능한 형태이므로, 침대의 형태가 가변되더라도 하드웨어가 손상을 받지 않도록 절곡 별로 프로세서를 부착하는 것이 바람직하며, 이 경우, 3개의 센싱용 프로세서를 부착하여 이를 주컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있도록 구성할 수 있다. In addition, since the structure of the bed capable of three-stage bent shape, even if the shape of the bed variable and hardware is preferred to attach the processor by bending so as not to damage, in this case, by attaching the three sensing processor for this, the host computer as it can be configured to transmit the data.

상기 매트리스(204)에는 사용자 정보를 인식할 수 있는 알고리즘을 적용해야 한다. The mattress 204 is to be applied the algorithm to recognize the user information. 확률론 기반의 실시간 신호처리를 위해서 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 정보처리 알고리즘으로 사용하였다. For real-time signal processing of the probability-based was used (Principal Component Analysis) PCA algorithm as the information processing algorithm. 상기 PCA 알고리즘은 침대로부터 나오는 센서정보를 이미지로 보아 일반적으로 이미지 처리에 들어가는 필터링 기법과 확률적 접근법을 동시에 행한다. The PCA algorithm is seen the sensor information coming from the bed as an image generally performs a filtering technique and probabilistic approach to enter the image processing at the same time.

센서가 주는 데이터의 값에 노이즈가 많이 섞일 뿐만 아니라, 로봇팔을 실시 간으로 경로를 설정하고 제어를 해야 하기 때문에 계산량이 적은 알고리즘을 필요하기 때문이다. Since not only on the value of the data sensor to be mixed a lot of noise, the need to set up a path and controlled by a robotic arm between the embodiment is because it is necessary to lower the amount of calculation algorithm. 본 알고리즘을 적용하기 위해서 선행되어야 하는 작업은 데이터베이스를 제작하여 실시간으로 들어오는 침대 이미지를 분류하는 작업을 거쳐야 한다. Actions that must be followed in order to apply the algorithm go through the process of classifying images beds come in real time to create a database. 따라서, 사용자의 침대 위에서의 위치 및 자세정보를 담은 데이터베이스를 제작해야 한다. Therefore, you must create a database of the position and attitude information of the user on the bed. 그러면, 본 발명에 PCA 알고리즘을 적용하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다. Then it will now be made of how to apply the PCA algorithm to the invention.

먼저, 패턴분류를 위한 매트리스의 표본 압력패턴을 결정한다. First, to determine the pressure pattern of the sample mattress for Pattern Classification. 즉, 사람이 누워있는 자세 및 앉은 자세 등의 인식대상 패턴을 결정하고 압력센서 데이터를 추출한다. That is, determines the recognition target pattern such as a position and a sitting position with a person lying down and extract the pressure sensor data.

다음으로, 압력센서 데이터의 공분산(covariance)을 계산하여 특징점을 추출한다. Next, the extracted feature points to calculate the covariance (covariance) of the pressure sensor data. 상기 특징점은 각 제세의 패턴을 구분 짓는 주요한 정보로서 이용된다. The feature points are used as the main information that distinguishes the pattern of each defibrillation.

다음으로, 각 패턴 데이터 간의 정보분류를 최대화할 수 있도록 특징점의 갯수를 결정한다. Next, determine the number of feature points to maximize the information classified among the pattern data.

다음으로, 새로 들어오는 압력센서 데이터를 미리 결정한 상기 특징점과 비교를 함으로써 패턴인식을 실행한다. Next, the pattern recognition is executed by a comparison with the characteristic point a predetermined pressure sensor for new incoming data. 이를 통하여 현재 사용자의 자세를 결정할 수 있으며, 인식된 결과를 바탕으로 한 사용자의 자세가 어떻게 변화하는가를 통하여 움직임 정보를 예측할 수 있게 된다. Through it can determine the user's current position, the position of the user based on the recognition results it is possible to predict how the motion information through the do change.

이동 레일은 침대 위에 있는 사람에게 서비스를 제공하기 위하여 로봇팔의 이동 경로를 유도하는 역할을 한다. Go Rail serves to induce a movement path of the robot arm to provide services to people on the bed.

지능형 로봇팔은 침대의 양측에 설치되는 소정 길이의 수직바(202(a), (b)) 및 수직바(202(a), (b))를 연결하는 수평바(206)를 갖는다. Intelligent robot arm has a horizontal bar (206) connecting the vertical bars of a predetermined length is provided on both sides of the bed (202 (a), (b)) and vertical bar (202 (a), (b)). 수직바(202(a), (b))의 하단부에는 사용자가 가하는 수평 및 수직의 힘을 측정하기 위한 토크센서가 장착된다(도 5 참조). The vertical bar (202 (a), (b)), the lower end of the torque sensor is equipped to measure the horizontal and vertical force of the user is applied (see Fig. 5).

그립퍼(210(a), (b))는 수평바(206)를 따라 수평 이동하고 수평바(206)를 축으로 회전할 수 있도록 수평바(206)에 적어도 하나 결합된다. Gripper (210 (a), (b)) is coupled to at least one horizontal bar (206) to horizontally move and rotate the shaft to the horizontal bar (206) along the horizontal bars (206). 또한, 그립퍼(210)에는 물체를 집는 작업을 수행하기 위해 핑거부(212, 214)가 형성된다. Further, the gripper 210 is provided with a finger (212, 214) to perform the operation grip the object. 그립퍼(210)는 수평바(206)를 따라 침대 중앙으로 이동할 수 있으며, 그립퍼(210)가 필요 없는 경우에는 매트리스(204) 밖으로 이동시킬 수 있다. Gripper 210 can be can be moved to the bed along a horizontal central bar 206, the gripper 210 may not need to have moved out of the mattress 204. The 또한, 그립퍼(210)는 360도 회전이 가능하여 침대 아래쪽 선반을 가져 오거나, 침대 위의 이불을 집고 덥거나 걷는 작업을 수행한다. In addition, the gripper 210 is rotated by 360 degrees can import a bed bottom shelf, perform a warm or walking work Pinch quilt on the bed.

그립퍼(210)에 의해 작업 수행이 되는 경우 예컨대, 사용자가 잠에서 깨어난 후, 이불을 개는 작업을 수행하는 절차를 살펴본다. If the work performed by the gripper 210, for example, after the user woke up, the blanket is more look at the steps to perform the task. 이 경우, 동작 상태는 자동 모드 또는 명령 모드에 의한 수행이 가능하다. In this case, the operation state can be carried out by the automatic mode or command mode.

먼저, 명령 모드로 설정이 된 경우, 사용자(201)가 음성이나 침대용 조작기를 통해서 명령을 내리게 된다. First, when the set command mode, the user 201 is let down commands through voice or bed manipulator. 이 경우, 매트리스(204)에 부착된 압력 센서에 의해 환자의 현위치와 자세를 인지하게 된다. In this case, to recognize the current position and posture of the patient by a pressure sensor attached to the mattress (204). 그리고 사용자의 자세와 위치에 맞는 곳으로 로봇팔이 이동한 후 이불 개는 작업을 수행하게 된다. And then the robot arm to move to a place that suits your posture and position comforter dog will do the job.

한편, 자동 모드로 설정이 된 경우, 예컨대, 사용자(201)가 잠에서 깨어나 누운 상태에서 일어나 앉은 상태가 되면 매트리스(204)에 부착된 센서를 통하여 사용자의 자세변화를 인지하게 된다. On the other hand, if it is set to automatic mode, for example, the user 201 is sitting up when the state in the flat state wake up via a sensor attached to the mattress (204) or the user's posture changes. 이 경우, 이를 보조하기 위해서 침대의 절곡 구 조를 움직여 주는 행위 등을 할 수 있도록 제어하는 것을 수반하여 사용자의 명령 없이도 이불 개는 작업의 수행이 가능하다. In this case, it involves the control to act like that move the bending structure of the bed quilt without the user's command dog is capable of performing the operations in order to assist them.

본 발명에 의한 침대형 지능로봇(200)의 명령 모드에 의한 작업 수행은 음성 명령이나 조작기를 통한 명령을 입력받아서 그에 따른 서비스를 제공하는데, 이 경우, 사용자(201)는 예컨대, 식사준비를 한다거나 외출 준비를 하도록 하는 행위도 음성에 의한 명령이나 조작기를 통해 명령을 내릴 수 있다. To do this according to the command mode of the bed-type intelligent robot 200 according to the present invention provides a service accordingly receives input commands via a voice command or actuator, in which case the user 201 is, for example, handageona prepare meals the act of going out to the readiness can issue commands through voice commands or by manipulators. 이때, 사용자(201)는 시계열적인 일련의 행위를 이루는 개별적인 행위에 대해 제어 명령을 전달하는 것이 아니라 카테고리별로 구분된 상위 제어 명령(식사 준비, 외출 준비 등)만 전달하면 된다. At this time, the user 201 need only pass the higher control command (ready to eat, ready to go out, etc.) classification, not a control command delivered by category for the individual actions that make the time-series sequence of actions.

도 3은 본 발명에 의한 침대형 지능로봇에 장착된 그립퍼의 사시도와 그립퍼가 수평바에 결합되는 관계를 나타낸 것이다. 3 is a perspective view showing the relationship between the grippers of a gripper mounted on the bed type intelligent robot according to the present invention coupled to the horizontal bar. 그립퍼(210)는 사용자(도 2의 201)의 편의를 위해서, 기존의 선반 운반 이외에 이불을 덮거나 걷는 작업을 수행하는 작업을 위해 수평바에 장착된다. Gripper 210 is for the convenience of the user (201 in FIG. 2), the horizontal mounting bar for the work to cover the duvet beyond the main shelf carrying walking or performing a task.

그립퍼(210)는 두 개의 핑거(제 1 핑거:214, 및 제 2 핑거:212))를 구비하는 것이 바람직하며, 이 경우, 제 1 핑거(214)는 고정되어 있어, 무거운 물체를 들거나 끌 때, 관절 부분이 꺽이는 것을 방지한다. Gripper 210 includes a two finger (first finger: 214, and the second finger: 212), it is preferable to having a), in this case, the first finger 214 is fixed and, when drag lift heavy objects and it prevents the joints kkeokyineun. 그립퍼(210)의 전체적 모양은 사람 손의 형상과 유사하게 곡선으로 처리되어 사용자(도 2의 201)와 충돌 시에 야기될 수 있는 부상의 위험을 줄일 수 있다. Overall shape of the gripper (210) is treated with a curve similar to the shape of the human hand can reduce the risk of injury which may be caused at the time of collision with the user (201 in FIG. 2).

제 1 핑거(214) 및 제 2 핑거(212)의 겹침 시, 상기 제 2핑거(212)가 상기 제 1 핑거(214)를 통과할 수 있도록 상기 제 1 핑거(214)에 수용부가 형성되는 것 이 바람직하다. First finger 214 and a second finger (212) overlap when the second finger 212 of the one to be added is accommodated in the first finger 214 formed to pass through the first finger 214 it is preferred. 이 경우, 제 2 핑거(212)에 형성되는 통로는 제 2 핑거(212)를 통과하는 관통구로도 형성될 수 있고, 도 3과 같이 제 2 핑거(212)의 일 측이 개방된 형태로도 통로가 형성될 수 있다. In this case, the second finger 212 also passageway to be a side of the open form of the second finger 212. The second finger 212 may also be formed port therethrough, as shown in Figure 3 passing through the formed a passage can be formed.

제 2 핑거(212)를 최대로 오므리게 되면, 제 1 핑거 (214)및 제 2 핑거(212)가 겹쳐지게 되는데, 상기와 같은 겹침 작용에 의해 이불과 같은 천을 집는 데 있어 보다 접촉면을 늘일 수 있다. If the second to pinch the finger 212 to the maximum, the first finger 214 and the second finger 212 there is overlap, it is used by the overlapping action, such as the pinch cloth such as bedding can increase the more the contact surface have. 이 경우, 핑거 내부는 고무와 같은 재질을 이용하여, 큰 마찰력을 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. In this case, a finger inside, using a material such as rubber, it is preferable that to obtain a large frictional force.

도 3(b)는 그립퍼(210)가 수평바(206)에 결합되는 관계를 도시한 것으로 기어 구조체를 매개로 그립퍼(210)가 수평바(206)에 결합되는 관계를 나타낸다. Figure 3 (b) shows the relationship between the grippers 210, the grippers 210, to be a mediate gear structure showing the relationship coupled to the horizontal bar (206) coupled to the horizontal bar (206).

본 발명에 의한 침대형 지능로봇이 갖는 그립퍼(210)는 제 1, 2, 3 기어구조체(217, 219, 220)를 구비한다. Gripper 210 is bed-type intelligent robot according to the present invention having has a first, second, and third gear structure (217, 219, 220).

제 1 기어구조체(217)는 수평바(206)의 길이 방향을 따라 내설되어 형성된 볼스크류(209)와 연결되어 그립퍼(210)의 직선 운동을 안내하기 위해 나사선이 형성된다. First gear structure 217 is naeseol along the length of the horizontal bars 206 is connected to the screw 209, the ball having a thread is formed to guide the linear movement of the gripper (210). 제 2 기어구조체(219)는 수평바(206)를 축으로 회전할 수 있도록 제 1 기어구조체(217)와 연동하는 웜기어로 형성된다. Second gear structure 219 is formed from a worm wheel and cooperating with the first gear structure 217 so as to rotate the horizontal bar 206 as an axis. 제 3 기어구조체(220)는 핑거부(212, 214)가 물체를 잡는 작업을 수행할 수 있도록 형성된다. The third gear structure 220 is a finger (212, 214) is formed to perform an operation to take an object. 제 1 기어구조체(217)는 제 2기어 구조체(219)의 회전시 지지물로서의 역할을 하기 때문에 수평바(206)를 축으로 회전하지 않고 다만 제 2 구어구조체(219)의 웜기어가 회전할 수 있도록 안내하는 역할을 한다. First gear structure 217 to the worm gear rotates the second gear structure 219 during rotation does not rotate the horizontal bar (206) in the axial since it acts as a support but the second spoken language structure 219 of It serves to guide.

도 3을 참조하면, 수평바의 내부에는 제 1 모터(215)가 설치되어 볼스크 류(209)에 구동력을 제공한다. Referring to Figure 3, there is provided a driving force in the interior of the horizontal bar, the first motor current disk 209. 215 is seen installed. 이 경우, 제 1 모터(215)로부터 구동력을 전달받은 볼스크류(209)는 수평바(206)의 내부에서 회전을 하게 되고 제 1 기어구조체(217)는 나선 형상에 맞물려 수평바(206)를 따라서 직선 운동을 하게 된다. In this case, the first motor screw 209. Ball received a driving force from the 215 and make the rotation in the interior of the horizontal bar 206, the first gear structure 217 is engaged with the helical shape of the horizontal bar (206) So is a linear movement. 이 경우, 제 1 기어구조체(217)는 나사선이 형성됨으로써 볼스크류(209)와 연동한다. In this case, the first gear structure 217 is interlocked with the screw 209, whereby the ball thread is formed. 이때, 볼스크류(209)가 형성된 영역에서 수평바(206)는 길이 방향에 따른 홈을 가짐으로써, 수평바(206)의 내 외부가 서로 연결이 되어 있다. At this time, by having the grooves in accordance with the horizontal bar 206 in the longitudinal direction in the area where the ball screw 209 is formed, the inside and outside of a horizontal bar (206) are connected to each other. 이런 연결 구조를 갖고 볼스크류와 제 1 기어 구조체가 연동을 함으로써, 제 1 기어 구조체(217)의 회전을 방지할 수 있다. By a screw and a first gear interlocking ball structure having such a connection structure, it is possible to prevent the rotation of the first gear structure 217. 즉, 제 1 기어 구조체(217)는 수평바(206)를 따라 직선 운동만을 수행하며 수평바(206)를 축으로 회전을 하지 않고, 제 2 기어 구조체(219)가 회전하는 경우에 지지부로서의 역할을 수행한다. That is, the first gear structure 217 serves as the support in the case of performing only a linear motion along the horizontal bar 206 and without a rotational axis of the horizontal bar (206), a second gear structure 219 rotates to be carried out.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 구조체(219)는 웜기어 형태로 되어 있으며, 웜기어가 제 1 기어구조체(217)와 연동함으로써 그립퍼(212)는 수평바(206)를 축으로 회전할 수 있다. 3 and the second structure 219 as shown in Figure 4 may be a worm gear type, worm gear rotates the first gear structure 217 and the gripper 212 is a horizontal bar (206) by interlocking in the axial can. 이와 같이 웜기어 형태를 취한 이유는 그립퍼(212)가 여러 물건을 옮기는 등 하중을 많이 받게 되는데, 제어를 하지 않는 상태(무전원 상태 등)에서 불필요한 움직임을 방지하기 위한 것이다. The reason this way there is taken by a worm gear type is given a lot of loads such as the gripper 212 to transfer a number of things, it is to prevent undesired movement in a non-control state (a non-powered state, etc.).

제 3 기어 구조체(220)는 제 3 모터(218)로부터 구동력을 제공받아, 물체를 집는 동작을 수행하는 경우 핑거부(212, 214)의 움직임을 제어하는 역할을 한다. The third gear structure 220 is responsible for controlling the movement of the finger (212, 214) when receiving the driving force provided by a third motor 218, performs an operation for picking up the object.

침대 위에 있는 사용자의 위치 상태에 따라 매트리스에 부착된 센서는 이를 인지하며 필요한 동작 수행시 수직바(도 2의 202)가 이동하는데, 좌우 수직바(도 2의 202)의 이동 거리가 동일하지 않을 수 있다(도 7 참조). A sensor attached to the mattress according to the position status of the user on the bed is to move the it if and when performing operations required vertical line (202 in FIG. 2), is not the same travel of the left and right vertical line (202 in Fig. 2) can be (see Fig. 7). 본 발명에 의하면 이동 한 수직바(도 2의 202)의 상호 위치에 따른 수직바(도 2의 202) 상호 간의 거리변환에 따라 수평바(도 2의 206)의 길이가 자동으로 변환된다. The length of the horizontal bar (206 in Fig. 2) is automatically converted according to the present invention moves a vertical line distance conversion mutually between vertical line (202 in FIG. 2) according to the mutual position (202 in FIG. 2) according to. 일 예로 수평바(도 2의 206)는 중앙 분리대(도 4의 211)를 기준으로 길이 변환이 자동으로 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다(도 4 참조). Yi In one embodiment the horizontal bar (206 in Fig. 2) is converted to a length relative to the median (211 in Fig. 4) can be configured to be made automatically (see Fig. 4).

도 4는 본 발명에 의한 침대형 지능로봇의 로봇팔에 그립퍼가 부착된 일 예를 나타낸 것으로 수직바의 일부분과 그립퍼가 부착된 수평바를 나타낸 사시도이다. Figure 4 is a perspective view illustrates an example in which the gripper attached to the robot arm of the bed-type intelligent robot according to the present invention with a portion of the gripper and the vertical bars attached to the horizontal bar.

도 4를 참조하면 수평바(206)의 양단부에는 수직바(202)가 연결되고, 수평바(206)를 따라 그립퍼(210)가 직선 운동 및 회전 운동할 수 있는 구조임을 확인할 수 있다. Referring to Figure 4 has been found to be a vertical line (202) connected, at both ends of the horizontal bar 206, horizontal bars 206 along a gripper 210, a structure capable of linear motion and rotational motion.

도 5는 도 4에 있어서 수평바(206)에 그립퍼(210)가 부착된 부분과 수평바(206)에 형성된 홈(206-1, 206-2)을 확대하여 나타낸 것이다. Figure 5 shows an enlarged groove (206-1, 206-2) formed in the horizontal bar (206) with a gripper 210 attached to a portion of the horizontal bar 206 in FIG. 도 5를 참조하면 본 발명에 의한 침대형 지능로봇의 로봇팔은 두 개의 그립퍼(210(a), 210(b))를 갖는다. Referring to Figure 5 the robot arm of the bed-type intelligent robot according to the invention has two grippers (210 (a), 210 (b)). 각각의 그립퍼는 3개의 자유도(3 DOF: 3 Degree Of Freedom)를 가지고 있다. Each gripper has three degrees of freedom: has a (3 DOF 3 Degree Of Freedom). 하나는 수평바(206)를 따라 움직이는데 사용되며, 하나는 수평바(206)를 축으로 회전하는데 사용되며, 나머지 하나는 잡기 작업을 제어하기 위한 것이다. One is used to move along the horizontal bar 206, one is used to rotate a horizontal bar 206 in the axial and the other is for controlling the catching operation. 이 경우 각각의 자유도는 도 3에서 설명한 제 1, 2, 3 모터(도 3의 215, 216, 218)에 의해 제어된다. In this case, each degree of freedom is controlled by the first, second, and third motors (also of 3215, 216, 218) described in FIG.

기존의 침대형 지능로봇에 있어서는 주로 사용자의 체중을 지지하거나 식사를 위한 선반을 제공하는 역할을 하였지만, 본 발명에 의한 침대형 지능로봇에 장 착된 그립퍼에 의한 잡기 기능을 추가함으로써, 사용자의 신체적 활동을 적극적으로 보조한다. In a conventional bed-type intelligent robot mainly but it serves to support the user's body weight or provides a shelf for a meal by adding grab function of the Chapter chakdoen gripper bed-type intelligent robot according to the present invention, a user's physical activity to assist actively.

도 6은 수직바에 부착된 토크 센서를 나타낸 것이다. Figure 6 shows a torque sensor attached to the vertical bar. 도 6(a)을 참조하면, 지지바의 하단부에는 로봇팔이 이동 레일을 따라 침대의 전 영역으로 이동하도록 하는 이동플랫폼이 연결되어 있는데, 침대 양쪽에 설치된 두 개의 DC 모터가 이동플랫폼을 구동시킨다. There Referring to Figure 6 (a), is moved to the lower end of the support bar is to move in the entire area of ​​the bed along the robot arm moves the rail platform connection, the two DC motors are installed on both sides of the bed driving a moving platform, .

각각의 이동플랫폼에는 각각 두 개의 토크 센서가 부착되어 사용자가 수직바에 가하는 수평 또는 수직 방향의 힘을 측정하게 된다. Each of the mobile platform, thereby each of the two torque sensor is attached to the user and measure the force of the horizontal or vertical direction to apply a vertical bar.

수직바에 가해진 힘이 수평 방향의 성분(f x )만을 갖는다면, 각 센서에 의해 측정되는 토크 τ A 및 토크 τ B 는 동일한 방향을 갖는다. If the applied force has only a vertical bar component (f x) in a horizontal direction, a torque τ A and τ B torque, measured by the sensors have the same direction. 반면에 수직바에 가해지는 수직 방향 성분(f y )은 각 센서에 의해 측정되는 토크 τ A 및 토크 τ B 가 상호 반대 방향을 갖도록 한다. On the other hand, it is a vertical component acting perpendicular to the bar (y f) is the torque measured by the angle sensor τ A and τ B torque so as to have a mutually opposite direction.

본 발명에 의한 지능형 로봇에 부착된 로봇팔은 팔로우 모드(folloe mode)와 서포트 모드(support mode)에 의해 수행될 수 있다. A robot arm attached to the intelligent robot according to the present invention can be carried out by a follow mode (folloe mode) and a support mode (mode support). 팔로우 모드는 사용자가 로봇을 이용한 지지수단을 확보하기 위해 사용자의 명령에 의해 로봇팔을 제어할 수 있는 작동 모드를 말하며, 서포트 모드는 확보된 지지수단에 의해 사용자의 신체를 고정 지지하는 작동 모드를 말한다. Follow Mode is a mode of operation that the user refers to the operation mode capable of controlling a robot arm according to a user command to secure the support member using a robot, the support mode is not fixed to the user's body by the securing support means He says.

이 경우, 팔로우 모드에서는 상기에서 설명한 토크 센서가 감지하는 데이터를 참조하여 사용자가 원하는 위치로 로봇팔을 이동시킬 수 있다. In this case, the follower mode is in reference to data that the torque sensor is detected, the above-described number of the user to move the robot arm to a desired position. 반면에 서포트 모드에서는 토크 센서가 감지하는 데이터의 영향을 받지 않고 사용자의 체중을 받쳐주기 때문에 사용자가 안정적으로 자신의 체중을 로봇팔이 제공하는 지지수단에 의존할 수 있게 된다. On the other hand, the support mode is possible because without being affected by the data that the torque sensor is detected period beneath the user's weight the user can reliably depend on a supporting means for a robot arm provided their weight.

일 예로 침대 위에서 사용자가 자신의 자세를 바꾸려고 하는 경우, 팔로우 모드와 서포트 모드가 어떻게 진행되는지 살펴본다. For example if you look at the progress on the bed if you want to change their attitude, the follow mode and how to support mode.

먼저, 사용자는 음성 명령에 의해 평행바를 자신의 가슴 가까이 위치하도록 한다. First, the user must be located close to their chest parallel bars by voice command. 이 경우, 매트리스에 부착된 압력 센서에 의해서 사용자의 위치를 인식하며, 그 결과를 기초로 평행바는 사용자에게 적합한 위치로 찾아 간다(도 7 참조). In this case, to recognize the user's location by a pressure sensor attached to the mattress, and visit and as a result the right to bar a user parallel to the base position (see Fig. 7).

그러나 사용자의 개별적인 특성에 따라 원하는 위치와 측정 데이터의 결과에 의한 평행바의 위치는 어느 정도 차이를 갖게 된다. However, the location of the parallel bars of the outcome of the desired position and the measured data to the individual characteristics of the user will have to some extent different.

따라서, 팔로우 모드를 통해서 사용자는 수평바를 잡은 상태에서 밀거나 당김으로써 수평바의 위치나 높이를 조정할 수 있다. Thus, through the follow mode, the user can adjust the position or height of the horizontal bar by pushing or pulling on the catch bar horizontal state. 이 경우, 평행바에 작용하는 힘을 토크 센서가 감지하여 각각의 수직바를 움직인다. In this case, a force acting parallel to the bar torque sensor detects respective vertical moving bars. 최종적으로 사용자가 원하는 위치 상태가 되면 서포트 모드로 진행시킬 수 있는데, 사용자는 음성 명령에 의해 팔로우 모드에서 서포트 모드로 전환 시킬 수 있다. There finally the user to proceed to the support mode when the desired position, the user may switch to the support mode in the follow mode, the voice command.

서포트 모드에서는 기구 운동학적 제어에 근거해서 로봇팔이 작동되는데, 침대 시스템이 사용자의 위치를 평가한 후 예정된 경로에 의해 로봇팔을 제어한다. In support mode on the basis of the kinematic control mechanism there is a robot arm operation, the bed system to control the robot arm by a predetermined path and then evaluating the user's location.

반면에 팔로우 모드에서는 토크 센서에 의해 사용자의 의도를 감지한다. On the other hand, in follow mode to detect the user's intention by the torque sensor. 도 6을 참조하면, 사용자가 수평바를 밀거나 당길 때 로봇팔은 토크 센서의 진동을 측정함하고 모터 A와 모터 B를 제어한다. Referring to Figure 6, when the user pushing or pulling the horizontal bar robot arm shall measure the vibration of the torque sensor and control the motor A and motor B. 토크 센서를 통하여 사용자의 의도를 감지 한 후, 토크 센서들의 조합을 참조하여 사용자가 의도하는 위치를 계산한다. Then via the torque sensor detects the user's intent, with reference to the combination of the torque sensor to calculate the position at which the user intended.

토크 센서와 사용자의 의도는 직관적인 것으로 기대할 수 있지만, 로봇팔 시스템의 구조는 수학적으로 쉽게 설명되지 않는다. Torque sensor with a user's intention can be expected to be intuitive, the structure of the robot arm system is not easily described mathematically. 따라서, 사용자의 의도를 참조하기 위해 퍼지 네트워크를 적용하는 것이 바람직하다. Therefore, it is desirable to apply fuzzy networks to see the user's intention. 다음의 표 1과 표 2는 퍼지 네트워크를 위한 규칙 테이블이다(여기서 P는 positive, N은 negative, L은 large, S는 small, ZO는 zero를 나타낸다). The following Table 1 and Table 2 is a table of rules for fuzzy network (where P is a positive, N is negative, L is large, S is small, ZO represents the zero). 이 경우, 모터 A와 모터 B는 이러한 규칙 테이블에 따라 제어된다. In this case, motor A and motor B is controlled in accordance with these rules table.

Motor A Motor A τ B τ B PL PL PS PS ZO ZO NS NS NL NL τ A τ A PL PL ZO ZO ZO ZO PS PS PL PL PL PL PS PS ZO ZO ZO ZO PS PS PS PS PL PL ZO ZO NS NS NS NS ZO ZO PS PS PS PS NS NS NL NL NS NS NS NS ZO ZO ZO ZO NL NL NL NL NL NL NS NS ZO ZO ZO ZO

Motor B Motor B τ B τ B PL PL PS PS ZO ZO NS NS NL NL τ A τ A PL PL PL PL PL PL PS PS ZO ZO ZO ZO PS PS PL PL PS PS PS PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO PS PS PS PS ZO ZO NS NS NS NS NS NS ZO ZO ZO ZO NS NS NS NS NL NL NL NL ZO ZO ZO ZO NS NS NL NL NL NL

상기 표 1과 표 2를 이용하게 되면 신호의 부호, 세기만을 이용한 간단한 연산을 통해서 원하는 곳으로 로봇팔을 이동시킬 수 있다. The use of the above Tables 1 and 2 through the code, a simple operation using only the strength of the signal it is possible to move the robot arm in a desired place.

도 7은 수평바 및 수직바의 서로 다른 위치를 나타낸 것으로, 수평바의 길이가 침대의 단축과 비교하여 동일한 경우와 더 긴 경우를 비교하여 나타낸 것이다. Figure 7 shows by illustrates the different positions of the horizontal bars and vertical bars, when compared to a longer and equal to the length of the horizontal bars compared to the speed of the bed.

본 발명에 의한 침대형 지능로봇은 수직바의 상호 위치에 따라 수평바의 길이가 가변 되도록 구현될 수 있다. Bed-type intelligent robot according to the present invention is that the length of the horizontal bar may be implemented such that varies according to the mutual position of the vertical bar. 매트리스에 부착된 센서에 의해 데이터를 입력받아 수직바가 사용자에게 적합한 위치로 이동하는 경우, 수직바의 상호 위치 관계에 따라 수직바와 수직바를 연결하는 길이가 상이해 질 수 있다. Receiving the data by the sensor attached to the mattress when the vertical bar is moved to a position suitable to the user, may become the length of the vertical bar and connected to a vertical bar according to a vertical bar between different mutual positions. 센서에 의한 데이터 측정을 토대로 한 로봇팔의 이동 결과, 도 7(a)에 있어서는 수평바의 길이가 최단거리를 형성하지만, 도 7(b)에 의하면 침대 단축의 길이보다 길게 형성되어 있다. According to the movement of the robot arm on the basis of data measured by the sensor results, and Fig. 7 (a) 7 (b) the length of a horizontal bar forming the shortest distance, but also in the speed are formed longer than the length of the bed.

도 8은 본 발명에 의한 침대형 지능 로봇의 제어 시스템을 나타낸 도면이다. 8 is a view showing a control system of a bed-type intelligent robot according to the present invention.

본 발명에 의한 침대형 지능로봇은 로봇팔을 위해 10개의 DC 모터와 물체를 들어올리기 위해 2개의 AC 모터를 갖는다. Bed-type intelligent robot according to the present invention has two AC motors to lift the DC motor 10 and the object for the robot arm. 따라서, 이러한 장치를 동시에 제어하기 위해서 제어 시스템은 CAN(controller area network) 장치에 의해 조정되는 것이 바람직하다. Accordingly, in order to control this device at the same time the control system is preferably controlled by the CAN (controller area network) device. 도 8을 참조하면 수직바와 그립퍼에 장착된 10개의 DC 모터는 CAN 에 연결되고 2개의 AC 모터는 마이크로콘트롤러를 통해 RS232에 의해 제어된다. Referring to FIG. 8 to 10 DC motor attached to the vertical bar and the gripper is connected to the CAN and the two AC motors are controlled by the microcontroller via the RS232. 마이크콘트롤러는 매트리스에 부착된 압력 센서가 감지한 데이터를 저장한다. The microphone controller stores the data that a pressure sensor attached to the mattress detected.

이상, 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. Optimum embodiments have been disclosed above, the drawings and the specification. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다. Here, although specific terms are used, which not only is the used to limit the scope of the invention as set forth in the limited sense geotyiji and claims used for the purpose of illustrating the invention. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Therefore, those skilled in the art will appreciate the various modifications and equivalent embodiments are possible that changes therefrom. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Therefore, the true technical protection scope of the invention as defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의한 그리퍼를 구비한 침대형 지능형 로봇은 본 발명은 침대 사용자의 자세와 동작을 분석하고, 다자유도를 가진 로봇팔을 구비한 침대형 지능로봇을 제공하는 효과가 있다. A bed-type intelligent robot provided with a gripper according to the present invention, the present invention is effective for analyzing the user of the bed position and operation, and is provided to a robotic arm provided with a bed-type intelligent robot that has a degree of freedom.

또한, 종래의 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 로봇에 집기 작업이 가능한 그립퍼를 추가함으로써, 사용자에게 더욱 친밀하고 편리한 서비스를 제공하는 침대형 지능로봇을 제공하는 효과가 있다. Further, by adding a gripper capable of pinch operation in the conventional pressure sensor and a mattress-supporting the robot arm is equipped with a robot, it is effective to provide a bed type intelligent robot to provide a more intimate and convenience to the user.

또한, 본 발명은 건강 모니터링과 재활 과정을 평가하는데 사용되는 침대형 지능로봇을 제공하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of providing a bed-shaped robot intelligence used to evaluate the health monitoring and rehabilitation process.

Claims (14)

  1. 침대 위에 있는 사용자의 위치, 자세 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 사용자를 보조하는 압력 센서가 부착된 매트리스, 침대 양측에 설치되는 소정 길이의 수직바와 상기 수직바를 연결하는 수평바 및 상기 수직바의 하단부에 설치되어 사용자가 가하는 수평과 수직의 힘을 측정하기 위한 토크 센서를 포함하는 상기 매트리스의 모니터링으로부터 획득한 정보를 기초로 사용자를 보조하기 위한 지능형 로봇팔과, 상기 지능형 로봇팔의 이동경로를 유도하기 위한 이동레일을 포함하는 침대형 지능로봇에 있어서; The lower end of the user's position, the posture and the horizontal bar and the vertical bar to monitor the motion in real time by connecting the vertical bar to the bar vertically with a predetermined length, which is installed on a mattress, bed either side pressure sensor is attached to assist the user on the bed to derive an intelligent robot arm and a movement of the intelligent robot arm path to assist a user on the basis of the obtained from the monitoring of the mattress comprising a torque sensor is provided for the user to measure the horizontal and vertical force applying information in bed-type intelligent robot including a movable rail for;
    상기 지능형 로봇팔의 상기 수평바를 따라 수평이동 및 상기 수평바를 축으로 회전할 수 있도록 상기 수평바에 결합 되고 물체를 집을 수 있는 핑거부가 형성된 적어도 하나의 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능 로봇. Along the horizontal bar of the intelligent robot arm horizontal movement and the horizontal locking bar to the bar above the horizontal so as to rotate the shaft and the object to be at least bed type intelligent robot comprises a single gripper finger portion is formed in the house.
  2. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 침대형 지능 로봇은 멀티플렉서를 이용하여 상기 압력센서를 순차적으로 스캔함으로써, 선택된 압력센서의 압력값을 읽고, 압력값 데이터를 압력 측정 분포 이미지로 메인 컴퓨터에 전달하는 콘트롤 박스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The bed-type intelligent robot is characterized in that by using a multiplexer scanning the pressure sensor sequentially reads the pressure value of the selected pressure sensor, further comprising: a control box to pass to the main computer the pressure value data to the pressure measurement distribution image a bed-type intelligent robot.
  3. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 로봇팔은 사용자가 상기 로봇을 이용한 지지수단을 확보하기 위해 사용자의 명령에 의해 상기 로봇팔을 제어할 수 있는 팔로우 모드(follow mode); The robotic arm follow mode (follow mode) which the user can by the user's command in order to secure the support member with the robot to control the robot arm; 및 상기 확보된 지지수단에 의해 사용자의 신체가 고정 지지 되는 서포터 모드(support mode)의 작동 모드를 구비하여 작동하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. And bed-type intelligent robot, characterized in that the working comprises the operating mode of the user's body, supported and fixed supporter mode (mode support) that is supported by means of the securing.
  4. 청구항 3에 있어서, The method according to claim 3,
    상기 팔로우 모드는 퍼지 네트워크를 적용하여 작업 수행하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The follow modes bed-type intelligent robot characterized in that the work performed by applying the fuzzy network.
  5. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 수평바는, 상기 수직바의 상호 위치에 따라 길이가 가변 되도록 중앙에 분리부를 갖는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The horizontal bar, bed-type intelligent robot, characterized in that with a separation unit in the middle so that the length is variable according to the mutual position of the vertical bar.
  6. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1, wherein
    상기 압력센서가 부착된 매트릭스는. The matrix is ​​attached to the pressure sensor.
    패턴 분류를 위한 사람의 인식대상 패턴을 결정하고, 압력센서 데이터를 결정하는 제 1단계; Determining a recognition target pattern of a person for pattern classification and a first step of determining the pressure sensor data;
    상기 압력센서 데이터의 공분산을 계산하여 특징점을 추출하는 제 2 단계; A second step of extracting a feature point to calculate the covariance of the pressure sensor data;
    각 패턴 테이터 간의 정보분류를 최대화할 수 있는 상기 특징점의 개수를 결정하는 제 3 단계; A third step of determining the number of the feature points to maximize the information classified among the pattern mutator; And
    새로 들어오는 압력 센서 데이터를 미리 결정한 상기 특징점과 비교를 함으로써 패턴인식을 실행하는 제 4 단계를 구비하는 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 사용하여 침대 위의 사람을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. New incoming bed type intelligent robot, by comparison with the characteristic point a predetermined pressure sensor data using the (Principal Component Analysis) PCA algorithm comprising a fourth step of executing a pattern recognition, characterized in that for monitoring the person of the bed .
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, A method according to any one of claims 1 to 6,
    상기 로봇팔은, 사용자의 명령에 의해 작업을 수행하는 명령모드 또는 미리 설정된 작업 명령 따라 작업을 수행하도록 하는 자동모드를 통해 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The robot arm is, bed-type intelligent robot, characterized in that the through mode, which according to the command mode or the preset operation command to perform an operation by a user's command to perform an operation to perform the operation.
  8. 청구항 7에 있어서, The system according to claim 7,
    상기 명령모드는 사용자의 음성 명령에 의해 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The command mode is bed-type intelligent robot which comprises performing the operation by the user's voice commands.
  9. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 수평바는 길이 방향을 따라 내설된 볼스크류를 포함하고, And the horizontal bar comprises a ball screw naeseol in the longitudinal direction,
    상기 그립퍼는, The gripper is
    상기 볼스크류와 연동하여 상기 그립퍼의 직선 운동을 안내하기 위해 나사선이 형성된 제 1 기어구조체; First gear structure in cooperation with the ball screw thread is formed to guide the linear motion of the gripper;
    상기 그립퍼가 상기 수평바를 축으로 회전할 수 있도록 상기 제 1 기어구조 체와 연동하는 웜기어로 형성된 제 2 기어구조체; Second gear structure formed of a worm wheel and cooperating with said first gear structure body so that the gripper can be rotated above the horizontal bar to the shaft; And
    상기 핑거부가 물체를 집는 작업을 수행할 수 있도록 형성된 제 3 기어구조체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. Bed-type intelligent robot comprising the; third gear structure formed of the finger grip portion the object to perform an action.
  10. 청구항 9에 있어서, The method according to claim 9,
    상기 볼스크류와 상기 제 1 기어 구조체는 상기 수평바의 길이 방향으로 형성된 홈을 따라 연동하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The ball screw, and said first gear structure is bed-type intelligent robot, characterized in that cooperating along a groove formed in the longitudinal direction of the horizontal bar.
  11. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 핑거부는 사람 손의 형상을 갖고, 고정된 제 1 핑거와 유동가능한 제 2 핑거를 구비하여 상기 제 1 핑거와 제 2 핑거의 겹침에 의해 물체를 잡는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The fingers puffer has the shape of a hand, fixing the first bed-type intelligence characterized in that by having a first finger and a flowable second fingers perform operations to take an object by the overlap of the first finger and the second finger robot.
  12. 청구항 11에 있어서, The method according to claim 11,
    상기 제 1 핑거 및 상기 제 2 핑거의 겹침 시, 상기 제 1 핑거가 상기 제 2 핑거를 수용할 수 있도록 상기 제 1 핑거에 수용부가 형성된 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The first finger and the second during the stacking of the two fingers, the first finger is bed-type intelligent robot, characterized in that in the first finger receiving portion is formed to accommodate the second finger.
  13. 청구항 11에 있어서, The method according to claim 11,
    상기 제 1 핑거와 상기 제 2 핑거가 물체에 접촉하는 부분은 고무 재질로 형 성된 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The first finger and the second finger portion is in contact with the object is a bed-type intelligent robot, characterized in that the generated type of a rubber material.
  14. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 침대형 지능로봇은 CAN(controller area network) 장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 침대형 지능로봇. The bed-type intelligent robot CAN (controller area network) bed-type intelligent robot, characterized in that, controlled by the device.
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